Jak zmniejszyć wyprostowane tętnienia napięcia
Napięcie otrzymywane przez prostowniki nie jest stałe, lecz pulsujące. Składa się z elementów stałych i zmiennych. Im większa składowa zmienna w stosunku do stałej, tym większe zakłócenie i gorsza jakość wyprostowanego napięcia.
Składnik zmienny jest tworzony przez harmoniczne. Częstotliwości harmoniczne są określone przez równość
f (n) = kmf,
gdzie k to liczba harmonicznych, k = 1, 2, 3,…, m to liczba impulsów napięcia wyprostowanego, f to częstotliwość napięcia sieciowego.
Oceniana jest jakość współczynnika tętnienia napięcia wyprostowanego p, która zależy od wartości średniej napięcia wyprostowanego oraz amplitudy składowej podstawowej w obciążeniu.
Kolejność składowych harmonicznych n = km zawarta w wyprostowanej krzywej napięcia zależy tylko od liczby impulsów i nie zależy od konkretnego obwody prostownika... Harmoniczne najniższych liczb mają największą amplitudę.
Wartość skuteczna napięcia składowej harmonicznej rzędu n zależy od średniej wartości napięcia wyprostowanego Ud idealnego prostownika nieregulowanego:
W rzeczywistych obwodach przejście prądu z jednej diody na drugą odbywa się w pewnym skończonym przedziale czasu, mierzonym w ułamkach okres zmiennego napięcia i nazywany kątem przełączania... Obecność kątów przełączania znacznie zwiększa amplitudę harmonicznych. W rezultacie rośnie podniecenie rektyfikowanej fali.
Składowa prądu zmiennego wyprostowanego napięcia, składająca się z harmonicznych o niskiej i wysokiej częstotliwości, wytwarza prąd zmienny w obciążeniu, który zakłóca działanie innych urządzeń elektronicznych.
Aby zredukować tętnienie wyprostowanego napięcia między zaciskami wyjściowymi prostownika a obciążeniem zastosowano filtr wygładzający, który znacznie zmniejsza tętnienia wyprostowanego napięcia poprzez tłumienie harmonicznych.
Głównymi elementami filtrów wygładzających są cewki indukcyjne (przepustnice) i kondensatoryoraz przy niskich mocach i tranzystorach.
Działanie filtrów pasywnych (bez tranzystorów i innych wzmacniaczy) opiera się na częstotliwościowej zależności wartości rezystancji elementów reaktywnych (cewki i kondensatora). Rezystancja cewki indukcyjnej Xl i kondensatora X° C: Xl = 2πfL, X° C = 1 / 2πfC,
gdzie f jest częstotliwością prądu przepływającego przez element bierny, L jest indukcyjnością dławika, C jest pojemnością kondensatora.
Ze wzorów na rezystancję elementów reaktywnych wynika, że wraz ze wzrostem częstotliwości prądu rezystancja cewki indukcyjność (dławik) rośnie, a kondensator maleje. W przypadku prądu stałego rezystancja kondensatora jest nieskończona, a cewki indukcyjnej wynosi zero.
Ta cecha umożliwia induktorowi swobodne przepuszczanie składowej stałej wyprostowanego prądu i harmonicznych opóźnienia.Ponadto im wyższa liczba harmoniczna (im wyższa jej częstotliwość), tym skuteczniej spowalnia. Wręcz przeciwnie, kondensator całkowicie blokuje składową stałą prądu i przepuszcza harmoniczne.
Głównym parametrem charakteryzującym skuteczność filtra jest współczynnik wygładzania (filtrowania).
q = p1 / p2,
gdzie p1 jest współczynnikiem tętnienia wyjścia prostownika w obwodzie bez filtra, p2 jest współczynnikiem tętnienia wyjścia filtra.
W praktyce stosuje się pasywne filtry w kształcie litery L, U i rezonansowe. Najszerzej stosowane są w kształcie litery L i U, których schematy pokazano na rycinie 1
Rysunek 1. Schemat pasywnego wygładzania filtrów w kształcie litery L (a) i U (b) w celu zmniejszenia tętnień wyprostowanego napięcia
Początkowe dane do obliczenia indukcyjności dławika filtra L i pojemności kondensatora filtra C to współczynnik tętnienia prostownika, wariant obwodu i wymagany współczynnik tętnienia wyjścia filtra.
Obliczenie parametrów filtra rozpoczyna się od określenia współczynnika wygładzania. Następnie musisz losowo wybrać obwód filtra i pojemność zawartego w nim kondensatora. Pojemność kondensatora filtrującego dobiera się z zakresu pojemności podanego poniżej.
W praktyce stosuje się kondensatory o pojemnościach: 50, 100, 200, 500, 1000, 2000, 4000 uF. Zaleca się stosowanie mniejszych wartości pojemności tej serii przy wysokich napięciach roboczych i dużych pojemności przy niskich napięciach.
Indukcyjność dławika w obwodzie filtra w kształcie litery L można określić na podstawie przybliżonego wyrażenia
dla schematu w kształcie litery U —
We wzorach pojemność jest podstawiana w mikrofaradach, a wynik otrzymuje się w henrach.
Filtrowanie napięcia tętnienia z wyprostowanym napięciem